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第26卷第11期 油 气 储 运油气储存LNG冷能及其利用邵 铁 民3(中国石油天然气股份有限公司北京油气调控中心)邵铁民:LNG冷能及其利用,油气储运,2007 ,26(11) 41～43摘 要 随着我国开始进口LN G及各地开始兴建LNG接收站,LN G具有的冷能已逐渐被 认识和利用介绍了LNG冷能的概念及其特点,概述了现有LNG冷能利用的几种方式将LN G与其它常用的制冷剂进行了比较,结果表明,LNG冷能的应用领域广泛,具有较高的节能经 济性主题词 LNG 冷能 特点 利用一、LNG冷能概述1、 LNG冷能的概念 所谓冷能,是指在常温环境中,自然存在的低温 差低温热能,实际上指的是在自然条件下,可以利用 一定温差所得到的能量根据工程热力学原理,利 用这种温差就可以获得有用的能量,这种能量称之为冷能 天然气的主要成分是甲烷,在常压下将甲烷降 至- 162℃(甲烷的沸点)时,甲烷就被液化,每立方 米的甲烷液化后体积变为0. 002 4 m3,约为甲烷0℃ 常压下体积的1/ 600〔1〕甲烷液化后,其体积显著变小。

LNG接收站就是利用甲烷的这一显著特 点,在天然气的产地附近将天然气液化,然后利用其 液化后体积变小、 利于运输的特点,将天然气以LNG(液化天然气)的形式输送至接收站进行储存、 气化和外输至用户〔2〕LN G接收站需要将LNG气化后输送给用户LNG气化后被还原为初始的气体状态,可以作为热 力发电的燃料和城市居民用气在LNG气化过程 中,约能产生920. 502 kJ/ kg的低温能量目前,这 种冷能大部分被释放到海水中如果将这些能量利用起来,就可以节省巨大的能源因此,从节约能源 的角度,积极寻求和高效利用冷能量有着重要意义LNG冷能利用示意图见图1图1 LNG冷能利用示意图2、 LNG冷能的特点 表1和图2给出了构成天然气的各种成分和其 它制冷剂的冷能数据可以看出,作为天然气主要 成分的甲烷,从温度水平和其含有的冷能上,都是一 种极好的 “制冷剂” 表1 天然气的组成及其它制冷剂的物理属性成分沸点 (℃)气化潜热 (kJ/ kg)气体比热 (kJ/ (kg·℃))甲烷 - 161. 5509. 62. 393 乙烯 - 103. 7482. 81. 979 乙烷 - 88. 6489. 11. 615 丙烷 - 42. 1425. 51. 979 气态二氧化碳- 78. 5573. 20. 497 氮 - 195. 8199. 61. 037 氧 - 183. 0212. 90. 887 氩 - 185. 7166. 50. 523 R211 23. 7182. 00. 564 R212 - 29. 8165. 30. 606 R222 - 40. 8233. 50. 656 氨 - 33. 41 368. 2 2. 1883100101 ,北京市朝阳区慧忠里甲118号;:(010)84884671。

·14·- 162℃、 常压下的LN G转变为0℃(常压)的 气态天然气时释放出来的能量,一方面包括502. 1kJ/ kg的气化潜热,这是LNG在温度不变时由液态 转化为气态时释放出来的能量;另一方面也包括334. 7kJ/ kg的显热,这是LNG从- 162℃转变为0℃ 时释放出来的能量,这样,LNG一共释放出约为836. 8 kJ/ kg的能量(见图2)因为LNG既能够产 生大量的冷能,又能够被保存在- 162℃ 的极低温度 下,所以LNG是一种质量极高的冷能源在利用 机械方法制冷时,存在一个规律,即温度越低,机械效率下降得就越快,需要的能量就越多如果想要 通过机械方法达到像LN G - 162℃ 的极低温度,就 不得不消耗大量的电力能源,并且,冷库和其它设备 的资金投入会急剧上升(见图3)图2 温度与LNG冷能的关系曲线图3 冷却温度与设备资金投入的关系曲线二、LNG冷能的利用根据上述LNG冷能的特点,可以在很广泛的领域里应用LN G冷能〔3〕根据宏观分析,需要冷能并且可以利用LNG冷能的工业系统如下1)液化分离空气生成液态氮和液态氧2)液化二氧化碳生成干冰3)制冷和冷库系统。

4)低温粉碎(食物、 塑料、 橡胶、 金属、 报废汽车)5)冷能发电系统1、 液化分离空气生成液体氧和液体氮 目前,绝大部分工业用氧和氮都是通过对冷却 液化后的空气进行精馏和分离获得的,因此可以利 用LNG的冷能对空气进行液化,然后通过相应的工艺生产液氧和液氮 大多数分离空气需要的冷能是在氮气循环管道 中利用氟利昂制冷机和组合的透平机产生的,而利 用LNG的冷能分离空气需要的热能直接来源于LNG,不需要额外的制冷机械,可以降低由机械制冷造成的电能消耗这样,利用LNG的冷能就比 传统的方法节省大量的能量空气分离的步骤首先 是液化空气,待液化的气体通过预先设计的流程,即 压缩 — 换热 — 反复压缩 — 换热冷却 — 隔热膨胀 — 再 压缩 — 换热循环,直至液化气体液化后进行冷平衡,然后进行空气分离,空 气分离需要加热液化后的混合液体加热混合液体 时,因为氮气(低沸点成分)比氧气(高沸点成分)更 容易蒸发,氧气在液体中的浓度会逐渐升高当蒸 发气与比平衡点氮气含量更高的液体接触时,蒸发气与液体之间倾向于发生平衡作用氮气由液体状 态蒸发,氧气从它的气态冷凝出来,与蒸发气达到平 衡这样,氮与氧发生分离(浓缩)。

蒸发气通过小 孔上升到精馏塔板,与从顶部流下来的液体接触,其 中高压精馏塔进行空气预分离高压精馏塔精馏出供给低压精馏塔顶端的回流液体氮,同时它也为低 压精馏塔的底端提供热量能源,低压精馏塔最终完 成空气分离它在底端精馏出氧气,在顶端精馏出 氮气精馏塔上面部分的原材料释放管道位于其顶 端和低端的中间位置,精馏塔下面分别是氮气回收塔以及浓缩塔 这个系统在所有的LNG冷能利用系统中被认 为是最有效的,这是因为它的节能率高,也很少受到 地点条件的限制,而且LN G巨大的冷能产出的液 体氮量和液体氧量都很大2、 液化二氧化碳并产生干冰 生产干冰的前提是有充足的气态二氧化碳作为·24·油 气 储 运 2007年 原料供液化一般地,干冰生产厂选择在可以利用 化工厂或者排放大量气态二氧化碳的工厂附近利 用LNG冷能取代传统的制冷器来液化二氧化碳, 节能率比传统方式提高20 %以上3、 制冷以及冷库系统许多食品加工过程中需要通过低温对食物进行 保鲜和冷藏,在需要制冷的食品工业中,利用LNG 冷能是一个最佳选择〔4〕LNG冷能可以取代传统 的制冷机,向各种冷藏存储库和冷冻库提供冷能。

在农作物、 家禽、 鱼类以及加工食品的制造、 储备及分销过程中,冷库的温度越低,节能的效果就越好 由于冷库多选择建在农作物或食物生产区附 近,因此,这种利用方法的前提是LN G附近有农作 物储藏需求或冷冻食品加工区或消费区4、 低温粉碎废物在废弃物粉碎领域,利用LN G冷能是一种很 好的方法,可以节约大量用来制冷的能量,废弃物冷 冻后用较小的动力即可粉碎,这样能收到很好的节 能效果利用LN G冷能先冷却液体氮,再用液氮 冷冻废弃物,最后粉碎废弃物目前,冷能的应用有粉碎轮胎、 塑料以及其它成分组成的合成废物 橡胶或塑料常温下虽然不易粉碎,但都具有低 温脆性,当温度降低到一定程度时,其冲击强度降 低,变得易碎因此,用LN G( - 162℃)和液体氮( - 196℃)来冷冻橡胶或塑料废弃物,就很容易粉碎了金属也有着与橡胶或塑料相近的低温脆化特 性,利用这一低温脆化特性,用冷能来粉碎由金属、 电子器件、 塑料器件和橡胶等构成的废弃汽车,然后 再对废物进行回收利用 粉碎废物后重新加以利用,既能减轻环境污染,又能回收资源,因而将粉碎废物与资源回收利用相 结合是一项有意义的工作5、 LNG冷能发电系统LN G冷能发电系统是利用热发动机原理,需要 配置高温源和低温源。

该系统利用热量,而不是用于动力发电〔5〕在LNG冷能发电系统中,用LNG 燃烧或海水作为高温源,用LNG冷能作为低温源 形成热量循环一部分由高温源带入的热量产生电 力,其它的热量释放给低温源,用作LNG蒸发的 热量根据热量利用方式的不同,LNG冷能发电分为 郎肯循环和Brayton循环两类在郎肯循环中,热媒作为中间循环介质从液态变为气态;在Brayton 循环中,它的热媒不发生状态改变,而是保持气态 郎肯循环有三种方式,第一种是直接膨胀系统, 在这种系统中,LNG作为低温源,经过泵加压,在高 温源即海水的作用下蒸发,然后膨胀为低压气体 通过这种方式可以回收LNG的能量,利用回收的 能量来驱动热发电机发电;第二种是直接热媒系统, 热媒被LNG的冷能液化,然后被泵和驱动透平加 压,与海水换热后蒸发膨胀,这样回收的能量再用来 驱动热发电机发电;第三种是综合以上两种系统来 回收LNG中的冷能,驱动热发电机 在Brayton循环系统中,可以用氮气作为热媒, 热媒被LN G冷却后,被压缩机加压,再被驱动透平 的燃烧热加热到过热状态参 考 文 献1 , 顾安忠等:液化天然气技术,机械工业出版社(北京) ,2003。

2 , 王 坤 顾安忠:LNG冷能利用技术及经济分析,天然气工业,2004 ,24(7)3 , 石玉美 汪荣顺 顾安忠:液化天然气接收站终端,石油与天然气化工,2003(1)4 , 王 强:液化天然气冷能分析及回收利用,流体机械,2003(1)5 , 王海华 张 同:液化天然气冷能发电,公用科技,1998(1)收稿日期:2006207220)编辑:刘春阳《管道科学技术论文选集》 文摘(三十七)环氧粉末覆盖层在使用中 存在的问题姜保良 赵国星针对环氧粉末在涂敷和施工过程中容易出现的几个问题以及埋地后吸水率问题进行了讨 论从粉末生产工艺、 涂敷质量控制等方面,具 体分析了如粉末挥发份、 密度及上粉率等问题, 解释了产生这些问题的原因,并提出了解决办 法,从理论和统计分析等方面说明了环氧覆盖层使用可靠性,以提高环粉末的使用效率、 涂敷 质量和使用寿命·34·第26卷第11期 邵铁民:LNG冷能及其利用 作 者 介 绍赵建奎 1977年生,2001年毕业于西南石油学院油气储运专业,现为中国石油大学(北京)油气储运工程专业在读博士,主要从事多相流研究工作。

赵建平 教授,博士,1971年生,1992年毕业于南京化工学院化工机械专业,1992～1997年硕博连读,1997年毕业于南京化工大学化工机械专业,获工学博士学位,主要从事压力容器及管道可靠性分析、 石化装置风险评价工作何崇伟 工程师,1970年生,1994毕业于大连大学有机化工专业,现在中国石油天然气管道局管道科学研究院工作崔艳雨 讲师,1973年生,1996年毕业于天津大学船舶工程专业,2002年硕士毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程专业,现在中国民航大学交通工程学院从事教学与科研工作,中国石油大学(华东)在读博士生梁金国 教授,1963年生,1987年毕业于华东石油学院北京研究生部油气田开发专业,获硕士学位,现在石油大学(华东)储运与建筑工程学院从事热能与动力工程教学及油气集输、 热力采油、 热力过程优化与系统节能、 清洁能源开发与利用等研究工作雍歧卫 教授,1967年生,1992年硕士毕业于中国人民解放军后勤工程学院油气储运工程专业,现在中国人民解放军后勤工程学院从事管输理论、 技术与装备等研究工作韩方勇 高级工程师,1967年生,1990年毕业于石油大学(华东)石油储运专业,现在中。